Entwicklung einer Methodik zur Regionalisierung von Windkraftanlagen an Land. Szenariorahmen zum Netzentwicklungsplan Strom 2019-2030

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Motivation

1.2 Struktur der Arbeit

2 Grundlagen

2.1 Windenergietechnik

2.2 Volllaststunden und Weibullverteilung

2.3 Starkwind- und Schwachwindanlagen

2.4 Schallemissionen von Windkraftanlagen

3 Analyse der Windqualität

3.1 Ermittlung der Volllaststunden

3.2 Einteilung von Windzonen

3.3 Auswahl von Standard-Windkraftanlagen

4 Flächenanalyse

4.1 Windvorrang- und Windeignungsgebiete

4.2 Baunutzfläche

4.2.1 Wohnbaufläche

4.2.2 Industrie- und Gewerbefläche

4.2.3 Fläche gemischter Nutzung

4.2.4 Flächen besonderer funktionaler Prägung

4.2.5 Sonstige Baunutzflächen

4.3 Infrastruktur

4.3.1 Fahrbahnen

4.3.2 Gleis- und Bahnanlagen

4.3.3 Freileitungen

4.3.4 Flugsicherungsanlagen, Flughäfen und Landeplätze

4.4 Natürliche und technische Ausschlussflächen

4.4.1 Moore und Sümpfe, stehende und fließende Gewässer

4.4.2 Hangneigung

4.5 Naturschutz

4.5.1 Naturschutzgebiete

4.5.2 Nationalparks

4.5.3 Flora-Fauna-Habitate

4.5.4 Vogelschutzgebiete

4.5.5 Ramsar-Gebiete

4.5.6 Biosphärenreservate

4.5.7 Landschaftsschutzgebiet

4.5.8 Naturparks

4.5.9 Waldfläche

4.5.10 Wasserschutzgebiete

4.6 Analyse der Ausschluss- und Potenzialfläche

5 Ermittlung des Leistungspotenzials von Windkraftanlagen an Land in der BRD

5.1 Ermittlung des Leistungspotenzials

5.2 Ermittlung des bewerteten Leistungspotenzials

5.3 Repowering

6 Regionalisierung der Windenergieleistung gemäß Szenariorahmen Strom 2019-2030

6.1 Auswahl des Szenarios C 2030 für die Regionalisierung von Windkraftanlagen an Land

6.2 Skalierung der Leistung der Windkraftanlagen an Land auf den Zielwert des Szenario C 2030

7 Technische Umsetzung der Regionalisierung

7.1 Software

7.2 Aufbau des Rasters und Gridcode

7.3 Ermittlung der Volllaststunden und der Hangneigung

7.4 Selektion und Pufferung von Flächen und Linienstrukturen

7.5 Aggregation von Geometrien

7.6 Aufbau und Überführung von Daten in die Datenbank

7.7 Datenverarbeitung in der Datenbank

8 Schlussbetrachtung

8.1 Zusammenfassung

8.2 Weiteres Vorgehen

8.3 Optimierungsoptionen

9 Kartenanhang

9.1 Volllaststunden einer Enercon E82 E4

9.2 Verteilung des Windkraftanlagenbestandes

9.3 Windzonen

9.4 Windvorrang und Windeignungsgebiete

9.5 Baunutzfläche mit Schutzabstand

9.6 Fahrbahnen, Bahn- und Gleisanlagen, Freileitungen

9.7 Flughäfen, Landeplätze, Flugsicherungseinrichtungen

9.8 Fließ-/Stehgewässer, Moore und Sümpfe, Hangneigung > 5 °

9.9 Naturschutzgebiete und Nationalparks

9.10 Vogelschutzgebiete und Flora-Fauna-Habitate

9.11 Ramsar-Gebiete und Biosphärenreservate

9.12 Naturparks und Landschaftsschutzgebiete

9.13 Waldflächen und Wasserschutzgebiete

9.14 Ausschlussflächen und Potenzialflächen

9.15 Leistungspotenzial

9.16 Bewertetes Leistungspotenzial

9.17 Skalierte Leistung für Szenario C 2030

10 Anhang

10.1 Anhang 1

10.2 Anhang 2

10.3 Anhang 3

10.4 Anhang 4

10.5 Anhang 5

10.6 Anhang 6

10.7 Anhang 7

10.8 Anhang 8

10.9 Anhang 9

Zielsetzung & Themen

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer eigenständigen Methodik zur Regionalisierung der Leistung von Windkraftanlagen an Land in Deutschland, basierend auf den Vorgaben des Szenariorahmens zum Netzentwicklungsplan Strom 2019-2030, um die regionale Verteilung und deren Auswirkungen auf das Stromübertragungsnetz besser abzubilden.

• Analyse der Windqualität und Einteilung der BRD in Windzonen.
• Umfassende Flächenanalyse unter Berücksichtigung rechtlicher Ausschlusskriterien und technischer Schutzabstände.
• Ermittlung des maximalen und bewerteten Leistungspotenzials unter Einbeziehung eines Repowering-Szenarios.
• Technische Umsetzung der Regionalisierung mittels Geoinformationssystemen (ArcGIS) und Datenintegrationsplattformen (FME).
• Skalierung der Ergebnisse auf die politischen Ausbauziele des Szenarios C 2030.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Vorstellung der Thematik, der Motivation zum Netzausbau aufgrund der Energiewende und der allgemeinen Struktur der Arbeit.

2 Grundlagen: Erläuterung technischer Zusammenhänge wie Windenergietechnik, Weibullverteilung und das Schallemissionsverhalten, die für die methodische Entwicklung essenziell sind.

3 Analyse der Windqualität: Berechnung der Volllaststunden auf Rasterzellenebene und Einteilung des Bundesgebiets in vier Windzonen zur Auswahl geeigneter Standard-Anlagentypen.

4 Flächenanalyse: Untersuchung der gesamten Landesfläche auf Ausschlusskriterien und Definition notwendiger Schutzabstände zu baulichen und naturschutzfachlichen Objekten.

5 Ermittlung des Leistungspotenzials von Windkraftanlagen an Land in der BRD: Allokation der Anlagen in geeigneten Zellen und Berechnung des maximalen sowie des bewerteten Leistungspotenzials inklusive Repowering-Potenzial.

6 Regionalisierung der Windenergieleistung gemäß Szenariorahmen Strom 2019-2030: Skalierung der ermittelten Potenzialwerte auf die politischen Zielvorgaben des Szenarios C 2030.

7 Technische Umsetzung der Regionalisierung: Detaillierte Beschreibung der eingesetzten Software, der Datenverarbeitungsprozesse und der Datenbankstruktur.

8 Schlussbetrachtung: Zusammenfassende Darstellung der entwickelten Methodik, Ausblick auf die Netzberechnung und Erörterung von Optimierungsoptionen.

9 Kartenanhang: Sammlung der georeferenzierten Kartenmaterialien zur Illustration der Flächenanalyse und der erzielten Regionalisierungsergebnisse.

10 Anhang: Berechnungsdetails, Datenbeispiele und technische Zusatzinformationen.

Schlüsselwörter

Windkraftanlagen, Regionalisierung, Netzentwicklungsplan, Volllaststunden, Flächenanalyse, GIS, Windzonen, Leistungspotenzial, Szenario C 2030, Repowering, Geodaten, Schutzabstände, Erneuerbare Energien, Rasteranalyse.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit entwickelt eine Methodik, um die deutschlandweit installierte Leistung von Windkraftanlagen an Land auf die lokale Ebene (Rasterzellen) zu regionalisieren und so eine fundierte Datenbasis für den Netzentwicklungsprozess zu schaffen.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die zentralen Felder umfassen die meteorologische Analyse der Windqualität, eine deutschlandweite GIS-gestützte Flächenanalyse unter Berücksichtigung von Naturschutz und Bebauung sowie die rechnerische Ermittlung von Leistungspotenzialen.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?

Das primäre Ziel ist die Erstellung einer rasterscharfen Regionalisierung der Windenergieleistung für das Szenario C 2030, um den Übertragungsnetzausbaubedarf in Deutschland präziser prognostizieren zu können.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Die Methodik basiert auf einer detaillierten Rasteranalyse (200m x 200m Auflösung) der BRD, der Anwendung von Weibullverteilungen für Windgeschwindigkeiten und einer mehrstufigen Allokationslogik unter Nutzung von Geoinformationssoftware (ArcGIS, FME).

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in die Bestimmung der Windqualität, die detaillierte Flächenanalyse hinsichtlich Restriktionen und Ausschlusskriterien sowie die darauf aufbauende Allokation und Skalierung der Windkraftleistung.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Wesentliche Begriffe sind Windkraftpotenzial, Regionalisierung, Flächenanalyse, Volllaststunden, Geoinformationssysteme, Szenariorahmen 2030 und Netzplanung.

Wie wurde der Schutzabstand für Wohngebiete in Bayern festgelegt?

In Bayern wurde aufgrund der gesetzlichen 10h-Regelung (zehnfache Gesamthöhe der Anlage) ein erhöhter Schutzabstand von 1800 m für die Flächenanalyse angesetzt.

Wie wird das Repowering im Modell berücksichtigt?

Anlagen, die bis 2030 eine Lebensdauer von 22 Jahren überschreiten, werden als rückbaubar markiert. Die entsprechenden Rasterzellen werden für Ersatzneubauten vorgesehen, sofern diese nicht in definierten Ausschlussflächen liegen.